Пассивный инфракрасный датчик ( датчик PIR ) — это электронный датчик , который измеряет инфракрасный (ИК) свет, излучаемый объектами в поле его зрения. Чаще всего они используются в датчиках движения на основе PIR . Датчики PIR обычно используются в охранных сигнализациях и системах автоматического освещения.
Датчики PIR обнаруживают общее движение, но не дают информации о том, кто или что двигалось. Для этой цели требуется датчик IR-изображения .
Датчики PIR обычно называют просто "PIR", или иногда "PID", что означает "пассивный инфракрасный детектор". Термин " пассивный" относится к тому факту, что устройства PIR не излучают энергию для обнаружения. Они работают исключительно за счет обнаружения инфракрасного излучения (теплового излучения), испускаемого или отражаемого объектами.
Все объекты с температурой выше абсолютного нуля излучают тепловую энергию в виде электромагнитного излучения. Обычно это излучение не видно человеческому глазу, поскольку оно излучается в инфракрасном диапазоне длин волн, но его можно обнаружить с помощью электронных устройств, предназначенных для этой цели.
Датчик движения на основе PIR используется для обнаружения движения людей, животных или других объектов. Они обычно используются в охранных сигнализациях и автоматически включаемых системах освещения .
Датчик PIR может обнаруживать изменения в количестве инфракрасного излучения, падающего на него, которое варьируется в зависимости от температуры и характеристик поверхности объектов перед датчиком. [2] Когда объект, например человек, проходит перед фоном, например стеной, температура в этой точке поля зрения датчика повышается от комнатной температуры до температуры тела , а затем снова повышается. Датчик преобразует результирующее изменение входящего инфракрасного излучения в изменение выходного напряжения, и это запускает обнаружение. Объекты с похожей температурой, но разными характеристиками поверхности также могут иметь разную картину инфракрасного излучения, и, таким образом, перемещение их относительно фона может также запустить детектор. [3]
PIR выпускаются во многих конфигурациях для самых разных применений. Наиболее распространенные модели имеют многочисленные линзы Френеля или зеркальные сегменты, эффективный диапазон около 10 метров (30 футов) и поле зрения менее 180°. Доступны модели с более широким полем зрения, включая 360°, обычно предназначенные для установки на потолок. Некоторые более крупные PIR изготавливаются с односегментными зеркалами и могут обнаруживать изменения в инфракрасной энергии на расстоянии более 30 метров (100 футов) от PIR. Существуют также PIR, разработанные с зеркалами с обратимой ориентацией, которые обеспечивают либо широкое покрытие (шириной 110°), либо очень узкое покрытие «занавесом», или с индивидуально выбираемыми сегментами для «формирования» покрытия.
Пары сенсорных элементов могут быть подключены как противоположные входы к дифференциальному усилителю . В такой конфигурации измерения PIR компенсируют друг друга, так что средняя температура поля зрения удаляется из электрического сигнала; увеличение энергии ИК по всему сенсору является самокомпенсирующим и не приведет к срабатыванию устройства. Это позволяет устройству противостоять ложным указаниям на изменение в случае воздействия кратковременных вспышек света или освещения по всему полю. (Непрерывное воздействие высокой энергии все еще может насыщать материалы сенсора и делать сенсор неспособным регистрировать дополнительную информацию.) В то же время эта дифференциальная компоновка минимизирует синфазные помехи , позволяя устройству противостоять срабатыванию из-за близлежащих электрических полей. Однако дифференциальная пара сенсоров не может измерять температуру в этой конфигурации и, следовательно, полезна только для обнаружения движения.
Когда датчик PIR настроен в дифференциальном режиме, он, в частности, становится применимым в качестве устройства обнаружения движения. В этом режиме, когда движение обнаруживается в пределах «прямой видимости» датчика, на выходном контакте датчика обрабатывается пара дополнительных импульсов [4] . Чтобы реализовать этот выходной сигнал для практического срабатывания нагрузки, такой как реле или регистратор данных , или сигнализация , дифференциальный сигнал выпрямляется с помощью мостового выпрямителя и подается на транзисторную схему драйвера реле. Контакты этого реле замыкаются и размыкаются в ответ на сигналы от PIR, активируя подключенную нагрузку через его контакты, подтверждая обнаружение человека в пределах заранее определенной ограниченной зоны.
Датчик PIR обычно устанавливается на печатной плате, содержащей необходимую электронику для интерпретации сигналов от самого датчика. Полная сборка обычно содержится в корпусе, установленном в месте, где датчик может охватывать контролируемую область.
.png/1280px-PIR_Motion_Sensor-Sensinova_(SN-PR11).png)
Корпус обычно имеет пластиковое «окно», через которое может проникать инфракрасная энергия. Несмотря на то, что часто он прозрачен только для видимого света, инфракрасная энергия может достигать датчика через окно, поскольку используемый пластик прозрачен для инфракрасного излучения. Пластиковое окно снижает вероятность того, что посторонние предметы (пыль, насекомые, дождь и т. д.) закроют поле зрения датчика, повредят механизм и/или вызовут ложные срабатывания . Окно может использоваться в качестве фильтра, чтобы ограничить длины волн до 8–14 микрометров, что наиболее близко к инфракрасному излучению, испускаемому людьми. Оно также может служить фокусирующим механизмом; см. ниже.
Для фокусировки дальней инфракрасной энергии на поверхность датчика могут использоваться различные механизмы.
Пластиковое оконное покрытие может иметь несколько граней, отформованных в нем, чтобы фокусировать инфракрасную энергию на датчике. Каждая отдельная грань представляет собой линзу Френеля .
Некоторые PIR производятся с внутренними сегментированными параболическими зеркалами для фокусировки инфракрасной энергии. Там, где используются зеркала, пластиковое покрытие окна обычно не имеет линз Френеля, отформованных в нем.
.JPG/1280px-Front-(mirror_type).JPG)
В результате фокусировки вид детектора фактически представляет собой лучевую диаграмму. Под определенными углами (зонами) датчик PIR практически не получает энергии излучения, а под другими углами датчик PIR получает концентрированные количества инфракрасной энергии. Такое разделение помогает детектору движения различать освещение по всему полю и движущиеся объекты.
Когда человек идет от одного угла (луча) к другому, детектор будет видеть движущегося человека только периодически. Это приводит к быстро меняющемуся сигналу датчика, который используется электроникой для срабатывания сигнализации или включения освещения. Медленно меняющийся сигнал будет проигнорирован электроникой.
Количество, форма, распределение и чувствительность этих зон определяются линзой и/или зеркалом. Производители делают все возможное, чтобы создать оптимальную диаграмму чувствительности для каждого приложения.
При использовании в качестве части системы освещения электроника в PIR обычно управляет встроенным реле, способным переключать сетевое напряжение. Это означает, что PIR можно настроить на включение освещения, подключенного к PIR, при обнаружении движения. Это чаще всего используется на открытом воздухе, либо для отпугивания преступников (охранное освещение), либо для практических целей, например, для включения освещения входной двери, чтобы вы могли найти ключи в темноте.
Дополнительные варианты использования: общественные туалеты, кладовые, коридоры или любые другие места, где автоматическое управление освещением полезно. Это может обеспечить экономию энергии, поскольку освещение включается только тогда, когда оно необходимо, и нет необходимости в том, чтобы пользователи помнили о необходимости выключать освещение, когда они покидают помещение.
При использовании в качестве части системы безопасности электроника в PIR обычно управляет небольшим реле . Это реле замыкает цепь через пару электрических контактов , подключенных к зоне обнаружения входного сигнала панели управления охранной сигнализации . Система обычно проектируется таким образом, что если движение не обнаружено, контакт реле замыкается — «нормально замкнутое» (NC) реле. Если движение обнаружено, реле размыкает цепь, вызывая сигнализацию; или, если провод отсоединен, сигнализация также сработает.
Производители рекомендуют тщательно размещать свою продукцию, чтобы исключить ложные срабатывания (т. е. любые обнаружения, не вызванные злоумышленником).
Они предлагают устанавливать PIR таким образом, чтобы PIR не мог «видеть» из окна. Хотя длина волны инфракрасного излучения, к которой чувствительны чипы, не очень хорошо проникает через стекло, сильный инфракрасный источник (например, фары автомобиля или солнечный свет) может перегрузить датчик и вызвать ложную тревогу. Человек, движущийся по другую сторону стекла, не будет «увиден» PID. Это может быть хорошо для окна, выходящего на общественный тротуар, или плохо для окна во внутренней перегородке.
Также рекомендуется не размещать PIR в таком положении, где вентиляционное отверстие HVAC будет выдувать горячий или холодный воздух на поверхность пластика, закрывающего окно корпуса. Хотя воздух имеет очень низкую излучательную способность (излучает очень небольшое количество инфракрасной энергии), воздух, обдувающий пластиковое окно, может изменить температуру пластика достаточно, чтобы вызвать ложную тревогу.
Датчики также часто проектируются так, чтобы «игнорировать» домашних животных, таких как собаки или кошки, устанавливая более высокий порог чувствительности или гарантируя, что пол комнаты останется вне фокуса.
Поскольку датчики PIR имеют дальность действия до 10 метров (30 футов), для помещений с одним входом обычно достаточно одного детектора, размещенного около входа. Системы безопасности на основе PIR также применимы для наружной безопасности и освещения с датчиками движения; одним из преимуществ является их низкое энергопотребление, что позволяет им работать на солнечной энергии. [5]
Были реализованы конструкции, в которых схема PIR измеряет температуру удаленного объекта. [6] В такой схеме используется недифференциальный выход PIR. Выходной сигнал оценивается в соответствии с калибровкой для ИК-спектра определенного типа наблюдаемого вещества. Таким образом, можно получить относительно точные и точные измерения температуры удаленно. Без калибровки по типу наблюдаемого материала устройство PIR-термометра способно измерять изменения в ИК-излучении, которые напрямую соответствуют изменениям температуры, но фактические значения температуры не могут быть рассчитаны.
